Vodiče izolátory stožáry

Transkript

1 Vodiče izolátory stožáry V tabulce jsou uvedeny parametry materiálů pro vodiče venkovních vedení. Požadavky kladené na vodiče jsou velmi rozmanité a mnohdy až protichůdné. Kromě dobré elektrické vodivosti je třeba přihlížet také k jejich mechanické pevnosti. Při obvyklých způsobech montáže a uložení, při daných provozních poměrech i při dynamickém působení by se vodiče neměly poškozovat. Po demontáži by měly být opět zpracovatelné. Vzhledem k hmotnosti by měly mít průměr malý, ale vzhledem k napětí co největší, aby nevznikala koróna ani rušení rozhlasu a aby vzniklé ztráty byly co nejmenší. Měly by být dostatečně odolné proti chemickým i povětrnostním vlivům apod. Volba vodičů má vliv nejen na cenu vedení a konstrukci stožárů, ale i na provozní bezpečnost. Přetržení vodiče způsobí velkou poruchu v dodávce elektrické energie, může zavinit požár, smrt, ale i zhroucení určitého úseku vedeni vlivem takto vzniklého jednostranného tahu zbývajících vodičů. Dimenzování příslušného použitého průřezu musí být proto velmi pečlivé a odpovědné. Při výpočtu a volbě průřezu vodičů je nutné respektovat současně několik hledisek. Jsou to hlavně: a) Proudové zatíženi vodičů Proudová zatížitelnost silových vodičů závisí na velkém množství různých činitelů, které lze shrnout přibližně do čtyř skupin: provozní podmínky - doba provozu, konstrukční provedení vodiče (materiál jádra, pláště, obalu, izolace, složení jádra, tvar vodiče apod.), druh a teplota prostředí, způsob uložení.

2 Dovolené proudové zatížení (dovolený proud) lze definovat jako velikost střídavého nebo stejnosměrného proudu, kterou je dovoleno zatěžovat jádro vodiče nebo kabelu při daném způsobu uložení, při daných provozních podmínkách a při dané teplotě okolí tak, aby se nepřekročila jeho dovolená provozní teplota. Vodiče pak musí být voleny tak, aby tento dovolený proud byl vodičem bezpečně převeden. b) Dodržení předepsaného úbytku napětí Průřezy jednotlivých částí elektrického rozvodu musí být voleny také tak, aby pokles napětí na konci vedení při plném zatížení neměl nepříznivý vliv na správnou činnost připojeného zařízení. Velikost dovoleného úbytku je stanovena předpisy. Podle všeobecné zásady nemá být v místě spotřebiče při normálním provozním trvalém zatížení větší než 5 % jmenovitého napětí sítě. c) Mechanická pevnost vodičů Při určování průřezu vodiče je třeba přihlížet i k jeho mechanické pevnosti, aby se při obvyklých způsobech montáže a uložení při daných provozních poměrech a při dynamickém působení vodič neporušil. Nejmenší dovolené průřezy vodičů, stanovené na podkladě dlouholetých praktických zkušeností, jsou se zřetelem k mechanické pevnosti stanoveny v normách. d) Hospodárnost zvoleného průřezu vodiče Aby se dosáhlo optima, mají se vodiče dimenzovat podle hospodárné velikosti proudu, pokud se podle ostatních podmínek a hledisek pro dimenzování nemusí použít větší průřez, aby nebyla překročena dovolená zatížitelnost vodiče, jeho mechanická pevnost, úbytek napětí nebo dynamická i tepelná odolnost vodičů proti zkratu. Pro venkovní vedení vn a vvn se používají ve velké míře kombinovaná lana. Jsou složena z drátů různých kovů, aby se dosáhlo větší pevnosti nebo i většího průměru pro zmenšení koróny. Nejčastější uplatnění nacházejí zde lana ocelohliníková. Mají ocelovou duší (ocelové lano) na niž jsou šroubovitě navinuty hliníkové dráty i v několika vrstvách, a vytvářejí tak hliníkový plášť. Odtud je název i označení AlFe. Jednotlivé vrstvy lana musí být stočeny střídavě proti sobě a musí na sebe těsně přiléhat. Vrstvy lana se musí stočit tak, aby se všechny dráty v nich namáhaly pokud možno stejně a aby povrch drátů nebyl poškozen. Vnější vrstva musí být pravotočivá. Ocelohliníkové vodiče se označují průřezem hliníkového pláště, značkou AlFe a poměrem průřezu hliníkového pláště k průřezu ocelové duše. Např. vodič 120 AlFe 6 je ocelohliníkové lano s poměrem průřezu hliníku k oceli 6:1. Tedy průřez AI je 120 mm2 a průřez Fe 20 mm2. Ocelová duše dodává lanu potřebnou mechanickou pevnost a hliníkový plášť zprostředkuje vedení elektrického proudu. Uvedenou normou jsou normalizována lana AlFe 3, AlFe 4, AlFe 6, AlFe 8, z nichž nejčastěji užívané jsou typy AlFe 6 a AlFe 4. Jmenovité průřezy lan AlFe, jsou 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 210, 240, 300, 350, 450, 500, 670 mm2. Řez lanem AlFe je na obrázku:

3 U vedení s napětím nad 220 kv se používají zpravidla svazkové vodiče. Znamená to, že proud jedné fáze prochází skupinou několika lan vzdálených od sebe podle okolností 30 až 100 cm např. u vedení 400 kv skupina složená ze tří lan pro jednu fázi. Tímto uspořádáním se zmenší ztráty způsobené korónou i reaktance, zvětší se chladicí povrch a usnadní montáž lehčími lany. Současně se zvětší také přenosová schopnost vedení. Konstantní vzdálenosti mezi lany ve svazku jsou zajišťovány montáží distančních rozpěrek. Při montáži je nutné vodiče spojovat. Spoje musí dobře převádět elektrický proud a spolehlivě přenášet patřičné mechanické namáhání. Spojky stále namáhané tahem musí zprostředkovat alespoň 90% jmenovité pevnosti vodičů. Spoje s menší pevností se smí použít jen tam, kde je spojení odlehčeno od tahu. Spojky a svorky přenášející tahy vodičů musí být provedeny tak, aby mechanicky neporušovaly vodič na výstupu ze svorky. Spojky a svorky, kterými prochází trvale proud, se nesmí tímto proudem oteplit více, než odpovídá zachování 90 % zaručené pevnosti vodiče. Materiál pro spojky a svorky i jejich montáž musí být takový, aby nenastala elektrolýza. Části spojek, které jsou trvale ve styku s vodičem, mají být ze stejného materiálu jako vodič nebo ze slitin tohoto materiálu. Použití jiných kovů je dovoleno jen tehdy, jestliže nemají negativní vliv na elektrické a mechanické vlastnosti vodiče a spoje. Použití mosazi se nedoporučuje. Ocelové nebo litinové části spojek a svorek musí být chráněny proti rezivění např. pozinkováním.

4 Ke spojování vodičů se používají např. spojky vrubové, kroucené, šroubové, nýtové nebo lisované. Některé bývají přizpůsobeny pro spojování vodičů nestejného průřezu. Při spojování vodičů se v současnosti hojně využívají hydraulické či nastřelovací pomůcky. Tlakem kapaliny nebo výbuchem patrony se uvedou do pohybu speciální čelisti, které tlakem na spojku provedou její zalisování na vodič, a tím se dosáhne pevného a vodivého spojení vodiče a spojky. Izolátory a příslušenství Izolátory se vyrábějí většinou z porcelánu, který bývá složen z kaolínu (40 až 60 %), křemene (20 až 30 %), a živce (20 až 30 %). Používají se též izolátory ze skla a někdy i ze speciálních pryskyřic. Izolátory musí odolávat elektrickému i mechanickému namáhání, chemickým i povětrnostním vlivům i značným změnám teplot. Pro venkovní vedení se používají izolátory závěsné i podpěrné. Dělí se na dva základní typy: typ A - neprůrazný je vystrojený keramický izolátor, jehož délka nejkratší průrazné dráhy v pevném izolačním materiálu se rovná nejméně polovině délky nejkratší přeskokové vzdálenosti vzduchem vně izolačního tělesa. typ B - průrazný - je vystrojený keramický izolátor, jehož délka nejkratší průrazné dráhy v tuhém izolačním materiálu je kratší než polovina délky nejkratší přeskokové vzdálenosti vzduchem vně izolačního tělesa. Izolátory pro energetická vedení se v technických podkladech označují stanovenými znaky podle ČSN Např.: VZU závěsný talířový izolátor, VZUM závěsný talířový mlhový izolátor, VZD závěsný dříkový izolátor, VZI závěsný tyčový izolátor, VPR podpěrný roubíkový izolátor. Každý izolátor musí mít požadované elektrické i mechanické vlastnosti. Např. podpěrné izolátory musí na nosných podpěrách snést 2,5násobek síly vyvozované vodičem, závěsné izolátory musí vydržet krátkodobě trojnásobek síly vyvozované vodičem. Tam, kde je na izolátorech vedení ukončeno, a u vedení vvn jsou požadavky ještě přísnější. Izolátory a úplně vybavené izolátorové řetězce musí vyhovovat zkušebním napětím podle ČSN , , , Při konkrétním praktickém použití se závěsné izolátory sestavují v nosné nebo kotevní řetězce, které mohou být jednoduché, dvojité i vícenásobné (obr. 5).

5 Obr. 5. izolátorové řetězce a závěsy; a) dvojitý nosný závěs z tyčových izolátorů (110 kv). 1 kotevní praporec. 2 dvojité oko. 3 rozpěrka. 4 oko s paličkou. 5 opalovací kruh vidlicový. 6 tyčový izolátor. 7 dvojité oko. 9 nosná svorka Počet izolátorů v řetězci je určován provozním napětím a pro informaci je uveden v tabulce. Napětí (kv) Počet izolátorů až 3 3 až 4 4 až 5 5 až 6 6 až 8 8 až 10 9 až až Dříkové závěsné izolátory (VZD) se používají k ukončování vedení vn do průřezu lana 35 mm2. Tyčové závěsné izolátory (VZL) nacházejí uplatnění rovněž pro zavěšování vodičů vn i vvn (obr. 5). Roubíkové izolátory se používají obvykle do 35 kv. Pevné izolátory mají výhodu ve snadnější montáži i v možnosti použití nižších stožárů. Výhoda závěsných izolátorů je naopak v tom, že vyrovnávají tahy vodičů sousedních polí, nenamáhají konzoly na kroucení, při přetržení vodiče vlivem vychýlení řetězce odlehčují stožáry, snadněji se vyměňují. Při opravách řetězců stačí vyměnit jen poškozené články.

6 Příslušenství izolátorů Mezi příslušenství izolátorů je možné zahrnout součásti, jejichž pomocí se izolátory upevňují na konzolách, sestavují se v řetězce nebo se jejich prostřednictvím upevňují vodiče k izolátoru. Aby roubíkové podpěrky byly přizpůsobeny k montáži, je nutné k vlastnímu izolátoru připevnit ocelový roubík (obr. 6). Jeho délka musí být taková, aby byla zajištěna normami stanovená vzdálenost vodiče od nosné konstrukce i jiných součástí. Vlastní izolátor se na roubík může montovat různými způsoby. Obr. 6. Příslušenství izolátorů; a) ocelový roubík, b) pánvička s okem, c) palička s okem, d) rozpěrka pro dvojitý řetězec, e) třmeny pro zavěšení izolátorových řetězců nebo závěsů Stožáry Pro venkovní vedení se používají stožáry dřevěné, ocelové, betonové či železobetonové. Podle účelu rozdělujeme stožáry na: N nosné: nesou vedeni v přímém směru mezi dvěma pevnými body, R rohové; používají se k zachycení výsledného tahu vedení při změně jeho směru, V výztužné; mechanicky zpevňuji vedení v jeho přímém směru, RV rohové výztužné; zpevňují vedení v místě změny jeho směru, O odbočné; pro odbočení z průchozího vedení, OV odbočné výztužné; mechanicky zpevňují vedení a umožňují odbočení. Ko koncové; zachycují vedení na obou koncích a jsou počítány na trvalý jednostranný tah, Rz rozvodné: nesou uzlový bod několika vedení, KN křižovatkové nosné: nesou vedení v přímém směru nad překážkou, KV křižovatkové výztužné; zpevňují vedení v křižovatce s překážkami. KRV křižovatkové rohové výztužné; sdružují funkce stožárů RV a KV, Z zákrutové: používají se při vzájemné výměně poloh vodičů. Nutnost použití příslušného druhu stožáru závisí na místních podmínkách, kterými vedení bude procházet a na projektované trase. Značný vliv na konstrukci podpěrných bodů mají klimatické podmínky. Čím jsou nepříznivější (silné větry, velké a časté námrazy, velké kolísání denních Dřevěné stožáry: a) J. b) D. c) U, d) S. c) A

7 i nočních teplot), tím musí být stožáry tužší, a proto jsou i těžší a dražší. Při volbě typu podpěr mají kromě klimatických podmínek důležitý význam i hlediska ekonomická. Náklady na stavbu a údržbu vedení během celé doby jeho života musí být co nejmenší. Dlouhá vedení vn a vvn se staví vesměs tak, že každé 3 km u vedení s fázovými vodiči jednoduchými a každých 5 km u vedení se svazkovými vodiči jsou použity výztužné stožáry a mezi nimi jsou stožáry nosné. Každý výztužný stožár musí bezpečně vydržet dvě třetiny jednostranného tahu vodičů. Na výztužných stožárech musí být vodiče upevněny tak, aby na izolátorech neprokluzovaly. Délka stožárů je podmíněna hlavně předepsanou výškou vedení nad zemí. Dřevěné stožáry se smějí používat pro silová vedení do 35 kv. Nejčastěji se používá dřevo smrkové, borové, jedlové, dubové a modřínové. Dřevěné stožáry: J jednoduchý sloup, D dvoják složený ze dvou sloupů umístěných těsně vedle sebe, U úzký kozlík - složený ze dvou sloupů, rozkročených přibližně na průměr sloupu. S štíhlý kozlík složený ze dvou sloupů, rozkročených na 1 m, A široký kozlík - složený ze dvou sloupů, rozkročených na J výšky. Označení Jp, Up, Šp, Ap znamená, že jde o stožáry na patkách. Typ stožáru se volí podle velikosti celkového vrcholového tahu vodičů. Dřevo na stožáry musí být zdravé a při použití na stožáry pro trvalé zařízení musí být chráněno před hnilobou. Jako účinná ochrana proti hnilobě se podle ČSN považuje spolehlivá impregnace u stožárů z měkkého dřeva, použití stožárů z modřínového, dubového, kaštanového nebo jiného podobného dřeva. Na vrcholu se stožáry chrání proti zatékání seříznutím do stříšky a asfaltovým nátěrem.

8 Ocelové stožáry Využívají se pro silová vedení všech napětí. Nejčastější uplatnění nacházejí hlavně tehdy, jde-li o velké výšky a velké vrcholové tahy. Mohou být příhradové, zhotovené z úhelníků nejčastěji sešroubováním, trubkové, vyrobené z bezešvých trubek nebo z ohýbaných ocelových plechů. Některé pojmy z názvosloví příhradových stožárů (obr. 9): dřík stožáru je stožár bez konzol a držáku zemního lana, hlava stožáru - je horní část vystrojeného stožáru, vrchol stožáru - je horní hrana stožáru horní rám, stojná - rohový úhelník stožáru s malým odklonem od svislé roviny, příčka - tvoří kolmou nebo téměř kolmou spojnici mezi stojnami, výztuha - úhelník tvořící úhlopříčku ve čtvercovém nebo obdélníkovém rámu stožáru, ležící ve vodorovné rovině, úhlopříčka - je úhelník šikmý ke stojně, konzola - je vodorovný nosník stožáru, na němž jsou upevněny izolátory s vodiči. Stožáry se označují napětím, délkou, jmenovitou vrcholovou silou a číslem normy. Např. stožár pro vedení vn délky 12 m pro jmenovitou vrcholovou sílu N je označen - vn 12/30000-ČSN Konzoly se přesazují tak, aby vodiče nebyly nad sebou. Při odlehčení spodního vodiče od námrazy by se mohly k sobě nebezpečně přiblížit. V praxi je snaha používat stožáry normalizované. Stožáry se navrhují podle vypočítané vrcholové síly.

9 Příklady stožáru pro vvn; a), b) pro 110 kv c), d) pro 220 kv, e), f) pro 400 k Ochrana stožárů se provádí většinou nátěry, které musí odolávat nejen povětrnostním vlivům, škodlivým plynům, ale musí být i dosti pružné, aby nepraskaly při teplotních dilatacích oceli. U trubkových stožárů je dovolena nejmenší tloušťka stěn trubek 4 mm. Vnitřek trubek se musí spolehlivě a trvanlivě chránit před korozí. Za spolehlivou a trvalou ochranu proti korozi se považuje např. pozinkování nebo osvědčené nátěry. Používají se i stožáry z ocelových trubek vyplněných betonem. Betonové stožáry Mohou být rovněž použity pro silová vedení všech napětí. Vyrábějí se z předpjatého betonu. Mají armaturu z ocelových prutů a drátů. Bývají nejčastěji kuželové, uvnitř duté, ale podle potřeby mívají i jiné tvary. V porovnání s dřevěnými mají výhodu v delším životě. Vzhledem k ocelovým stožárům

10 jsou výhodnější pro svou lepší odolnost proti povětrnostním vlivům. Velkou nevýhodou betonových stožárů je jejich křehkost a značná tíha. To způsobuje nemalé obtíže při dopravě i při montáži. Betonové stožáry mají být co možná nejhladší, bez děr a výstupků nebo skulin, v nichž se drží voda, která mrznutím beton postupně roztrhá. Beton pórovitý nebo dostatečně nekryjící armaturu popuká za několik let tím, že železo v něm rezaví a nabývá na objemu. Tato vada se projeví nejdříve rezavými skvrnami na povrchu, později podélnými trhlinami a nakonec vypadáváním štěpin ze stožáru. Stožáry z jiných materiálů. U stožárů, konzol a patek z jiných materiálů se musí prokázat jejich vhodné mechanické vlastnosti, odolnost proti povětrnostním vlivům apod. Při projektování vedení se musí navržené stožáry kontrolovat statickým výpočtem, aby vyhověly konkrétním podmínkám v daném místě použití.